にわとりの 骨ほねを、よく あらって 酢すの 中に つけて おいた ところを おもいうかべて ください。かたかった 骨ほねが、数日 たつと ゴムの ように まがる ように なる ことが あります［5］。

なくなって いくのは、骨ほねの 中に ある「ミネラル」です。ミネラルは、カルシウムなどを ふくむ、石のように かたい つぶの なかまです［1］。酢すは 酸さんの なかまで、酸さんには ミネラルを とかす はたらきが あると いわれて います。

あとに のこるのは、のびたり ちぢんだり する「コラーゲン」です。骨ほねの かたさは、とける ミネラルと、のこる コラーゲンの 2つで できて いたのです。

では、この 2つは、骨ほねの 中で どんな やくわりを して いるのでしょう。

骨を酢のような弱い酸に何日か浸すと、骨は硬さを失い、ゴムのように弾力のある状態になることが知られています［5］。骨のミネラルを溶かして、コラーゲンを取り出す実験の、最初の工程でもあります。

溶けているのは、骨のミネラルです。アジの背骨を酢酸（酢の主な成分）の溶液に30分漬けた研究では、硬さが下がり、骨からはカルシウムが多く溶け出して、タンパク質はほとんど溶け出さなかったと報告されています［4］。この研究の対象は魚の骨で、人の骨で行われたものではなく、家庭の食酢での結果でもありません。

あとに残るのはコラーゲンというタンパク質です。骨は、カルシウムなどを主成分とするヒドロキシアパタイトという硬いミネラルと、しなやかなコラーゲンなどのタンパク質でできています［1］。

骨の硬さは、溶ける部分と残る部分の、2つの材料に分けて考えられそうです。この2つは、それぞれ何を受け持っているのでしょうか。

骨のミネラルを弱い酸に数日浸して脱灰すると、骨は硬さを失い、ゴムのように柔らかく弾力のある状態になる。骨のコラーゲンを取り出す際の最初の工程でもある［5］。ここで溶けるのは、骨の無機成分である。

酢酸溶液にアジの背骨を30分漬けた研究では、硬さが低下し、カルシウムが高い割合で溶出する一方で、タンパク質の溶出はわずかだった［4］。この条件では、酸によってカルシウムが多く溶け出し、タンパク質はあまり溶け出さなかったという一例である。ただし対象は魚の骨で、濃度の分からない酢酸溶液での結果であり、人の骨の実験でも、家庭の食酢での実験でもない。また、酸処理の日数や濃度は資料によって異なるため、「何日で曲がる」という数字は一般化できない。

残るのはコラーゲンを中心とする有機成分である。骨の外側の硬い部分（皮質骨）は、大部分がコラーゲンなどのタンパク質と、カルシウムを主成分とするヒドロキシアパタイトからできている［1］。では、この二つの成分は、硬さの中でどのような分担をしているのか。

骨ほねの 中には、かたい ミネラルの つぶが、たくさん ならんで います。その まわりを、ゴムひものような コラーゲンが つないで いる、と かんがえて ください［2］。

水分を ぬいた 骨ほねの 重さの 6〜7わりが、ミネラルです［3］。のこりの 大部分は、コラーゲンの なかまです。

ミネラルは「かたさ」を、コラーゲンは「ねばり」を うけもつ、と せつめい されます。かたい だけだと、かたい ガラスの ように ぱきんと われて しまいます。しなやかな コラーゲンが いっしょに いるから、骨ほねは かたいのに おれにくく なる、と かんがえられて います。

ただし ほんとうは、この 2つが どう ささえあって いるかの くわしい ところは、まだ わかって いない ことも あります［2］。

ところで、骨ほねは まるごと ぎっしり つまった かたまりなのでしょうか。

骨は、無機成分のミネラル結晶と、有機成分のコラーゲン分子が組み合わさった複合構造だと説明されます［2］。

割合を見ると、有機成分のうち約90%はⅠ型というコラーゲンです。そして多くの骨では、水分を除いた乾燥重量の約60〜70%がミネラルです。この割合は部位や動物の種類、成長の段階によって変わります［3］。湿った骨全体の割合ではないことに注意が要ります。

役割の分担は、「ミネラルが硬さを、コラーゲンが粘りを受け持つ」と説明されることが多くあります。硬いだけの材料は、強い力で一気に割れてしまいやすいものです。しなやかな成分が混ざっているから、硬いのに折れにくい骨になる、と考えられています。

ただし、これは単純化した説明です。ミネラルとコラーゲンが力学的にどう影響しあうかの詳しい仕組みは、研究の途中だと紹介されています［2］。

骨の中身は材料だけではありません。骨の内側には、もう一つの工夫があります。

骨は、微視的には無機成分のミネラル結晶と、有機成分のコラーゲン分子からなる複合構造である［2］。組成を数字で見ると、有機相の約90%がⅠ型コラーゲンで、非コラーゲン性タンパク質が約5%、脂質が約2%を占める。多くの骨では、ミネラルが乾燥重量の約60〜70%を占めるが、部位・種・発達の段階によって値は変わる［3］。この60〜70%は乾燥重量あたりの値であり、水分を含んだ骨全体の割合ではない。

役割は、結晶が硬さ・剛さを、コラーゲンがしなやかさと粘り（折れにくさ）を担う、と整理されることが多い。つまり、硬い成分だけでは強い力に対して脆く、柔らかい成分だけでは変形しすぎる。両者の組み合わせが、硬いのに折れにくいという性質を生むと考えられている。ただし、これは単純化した説明であり、骨の破壊のしやすさはミネラル量だけで決まるわけではない［3］。

ミネラルとコラーゲンの間の力学的な相互作用の詳細は、研究の途上にあると同じ研究室が述べている［2］。材料としての骨は、ここまで分かっていてもなお、研究対象であり続けている。では、骨はこの複合材料をどのような形に組み上げているのか。

骨ほねを たてに きって、中を のぞけたと します。いちばん そとがわは、ぎゅっと つまった かたい ところです。これを「ひしつこつ」と いいます［6］。

その 内がわは、あなの たくさん あいた スポンジのような ところです。「かいめんこつ」と よばれ、あなの 中は「こつずい」に なって います［6］。

スポンジを つくって いるのは、とても 細い はしらの あつまりで、「こつりょう」と いいます。ふとさは 0.15ミリ ほどです［6］。

そとがわに くらべると、内がわは やわらかくて すきまも 多いのですが、それでも 骨ほねの つよさに 大きく やくだって います［1］。

では、この 細い はしらは、どんな ならびかたを して いるのでしょう。

骨を切って断面を見ると、表面は緻密な皮質骨でできていて、内側はスポンジ状と表現される多孔質の海綿骨になっています。海綿骨の空洞は、大切な骨髄です［6］。

海綿骨をマイクロCTという装置で観察すると、太さ150μm（0.15mm）ほどの骨梁が、立体的につながったネットワークになっています。この数字は目安で、一定ではありません［6］。

内側の海綿骨は、外側の皮質骨よりも軟らかく密度が低いのですが、それでも骨の強度に大きく貢献しています［1］。ぎっしり詰まったかたまりではなく、すきまの多い網目状になっているのが、骨の内側の特徴です。

この細い骨梁は、でたらめに並んでいるのでしょうか。それとも、何かの向きにそろっているのでしょうか。

骨を断面で見ると、表面は緻密な皮質骨からなり、内部は多孔質な海綿骨である。海綿骨の空洞部は骨髄になっている［6］。つまり骨は、硬いミネラルとコラーゲンの複合材料を、外側の緻密な殻と内側の網目状の構造に、使い分けて組み上げている。

海綿骨は、マイクロCT装置で観察すると、太さ150μm（0.15mm）程度の骨梁が立体的に連なったネットワーク構造をしている。骨梁が荷重の一部を担うため、この構造の力学的な振る舞いは、骨の強度を調べる研究の対象になっている［6］。150μmは「程度」の値で、部位や個体で異なる。

海綿骨は皮質骨よりも軟らかく密度が低い。それでも、骨全体の強度に大きく貢献している［1］。硬さの序列だけを見れば外殻が上だが、全体の強さは、材料の硬さだけでなく、すきまの配置を含めた構造によっても決まる、と読み取れる。

では、この骨梁の配置は、固定された設計図なのか。それとも、状況に応じて変わるのか。

骨ほねの 中の 細い はしらは、力の かかる むきに ならぶ ことが 多い、と いわれます［7］。

その わけは、骨ほねが いつも 作りかえられて いるからです。「破骨細胞はこつさいぼう」が ふるい 骨ほねを こわし、「骨芽細胞こつがさいぼう」が あたらしい 骨ほねを つくります［8］。

この 入れかわりで、体じゅうの 骨ほねが 10年ほどで ぜんぶ 入れかわる、と せつめいする 資料しりょうも あります［1］。場所に よって ちがいが あります。

うちゅうに 長く いると、体重を かけない ぶん、こしや ももの つけねの 骨ほねが、1か月に へいきんで 1〜2パーセント へった、という 調査ちょうさが あります［9］。ひとに よって ちがいは 大きいそうです。

骨ほねは、かかる 力に あわせて、すこしずつ つくりかえられる 材料ざいりょうなのです。

骨梁の配置は、決まったまま変わらない設計図ではありません。骨は、かかる荷重に応じて自分を作り替え、力のかかる向きに海綿骨の骨梁が並ぶ傾向があると説明されます。これはウォルフの法則と呼ばれる考え方です。「並ぶ傾向」であって、完全に一致するとはいえません［7］。

作り替えを担うのが、リモデリングです。破骨細胞が古い骨を壊し、そのあとに骨芽細胞が新しい骨を造る新陳代謝で、これによって骨は構造と機能を保ちます［8］。体内のすべての骨が約10年で入れ替わるという説明もありますが、部位による差があり、おおよその目安です［1］。

荷重がなくなると、何が起きるのでしょうか。宇宙に長く滞在した宇宙飛行士の骨を調べたNASAの報告では、荷重のかからない環境で、腰椎や股関節の骨量が1か月に平均で1〜2%ほど減っていました。これは平均で、個人や部位による差が大きいとされています［9］。

骨の硬さは、一度できたら終わりの性質ではなく、使い方に合わせて保たれ、変わっていくものだと分かります。

骨は荷重に応じて自らを作り替える。ウォルフの法則は、骨が時間をかけて加わる力学的な荷重に応じて再構築されると述べ、海綿骨の微細構造の向きは、応力の主方向にそろう傾向をもつ。ただし、これは傾向であり、完全な一致を意味しない［7］。骨梁の配置は、材料の硬さに加えて、かかる力の履歴によっても調整されることになる。

この作り替えの実体がリモデリングである。破骨細胞が古い骨を壊してできたくぼみを、骨芽細胞が新しい骨で埋めていく。この入れ替えによって、骨は荷重に応じて構造と機能を保つ［8］。全身の骨が約10年で入れ替わるという説明もあるが、単一の解説書の記述で、部位による差のある平均的な目安にとどまる［1］。

逆に、荷重が減ると骨量は減りうる。宇宙の長期滞在で荷重のかからない環境に置かれると、腰椎と股関節の骨量が月に平均1〜2%ほど減ったとNASAの技術報告書にある。この値は平均であり、個人差と部位差が大きい［9］。つまり、骨の硬さは「材料の硬さ」と「構造」に、「使い続けられていること」が加わって維持される。

骨を硬くしているのは、ミネラルとコラーゲンの組み合わせ、内外で異なる構造、そして荷重に応じた絶え間ない作り替えの3つで、どれか一つだけでは説明できない。

おうちの 人と いっしょに やります。にわとりの 手羽先を 食べた あとの 骨ほねを、よく あらい、ふたの ある びんを 2つ 用意します。

ひとつには 酢すを、もう ひとつには 水を 入れて、骨ほねを 1ぽんずつ つけます。ふたを して、数日 おいて、ときどき ようすを 見ます。

そっと さわって、まげられるか くらべて みましょう。酢すの ほうの 骨ほねは、どう かわって いるでしょうか。何日で かわるかは、自分の 目で たしかめます。

やくそく：さわった あとは 手を よく あらいます。骨ほねや つけた 酢すは 食べません。酢すが 目に 入らない ように します。おわったら、酢すと 骨ほねと びんは、おうちの 人に かたづけて もらいます。

家の人と一緒に、食べ終わった鶏の手羽先の骨を、よく洗って2本用意します。ふたのできる容器を2つ用意して、片方には酢、もう片方には水を入れ、骨を1本ずつ漬けます。

数日置いて、ときどき様子を見て、そっと曲げてみます。水に漬けた骨と、酢に漬けた骨で、曲がり方に違いが出るかを比べます。日数は、骨の大きさや酢の種類で変わると考えられます。毎日同じ時刻に、同じ力で触って、記録しておくと、変わっていく様子が分かります。

安全のために、触ったあとは手を洗い、酢に漬けた骨や液は口に入れないようにします。骨を強く曲げると折れて、手を傷つけるおそれがあります。終わったら、液と骨と容器は家の人に処分してもらいます。

骨の硬さを支えるミネラルは、酢の中で、少しずつ溶け出しているのかもしれません。研究の原典を読むなら、北海道大学の生体材料・力学研究室の紹介ページ［2］が、骨を材料として見る入り口になります。

家庭でできる観察として、酢と水に1本ずつ骨を漬け、対照を置いて曲がり方を比べられる。水の側を用意するのは、液体に漬けたこと自体の影響と、酸の影響を分けて見るためである。日数は、骨の太さや酢の濃度で変わるため、同じ時刻に同じ方法で曲げ具合を記録するとよい。

ただし、この方法でできるのは、硬さが変わったことの確認までである。ミネラルが溶けたことの証拠としては、アジの背骨でカルシウムが溶出したという研究の報告［4］を参照する必要がある。また、酸に漬けた骨の曲がりやすさと、生きている骨の強さは同じではない。実際の骨は水分、細胞、血管、荷重に応じた作り替えを含むためである。

触ったあとは手を洗い、液や骨を口に入れない。強く曲げて折ると破片でけがをするおそれがある。

原典を読むなら、複合構造の紹介は北海道大学の研究室のページ［2］、組成の数字はBoskeyの総説［3］、骨梁の配置はウォルフの法則を扱った論文［7］が入り口になる。ミネラルとコラーゲンがどう力を分け合うかの細部は、まだ読み進める余地が残る。